Università Cattolica del Sacro Cuore - SSIS
Problemi, metodi e didattica di fisica moderna II
Prof. Corradini
Un possibile approccio didattico allo studio delle particelle
elementari
Sofia Sabatti - matr. 2806683
Nei programmi di fisica tradizionali per la quinta classe dei Licei
Scientifici si legge, come ultimo contenuto da proporre agli studenti:
"Cenno sulla costruzione della materia: molecole, atomi, nuclei, elettroni".
Parlando di programmi tradizionali, si badi, non si intende riferirsi a qualcosa
relativo ad una fase precedente quella attuale, una fase ormai sepolta nella tradizione,
bensì a ciò che tutt'oggi è in vigore per i licei scientifici di ordinamento, in altre
parole per tutti quelli che non attuano particolari sperimentazioni.
Nonostante ciò, di fatto, molti insegnanti già oggi e già nei licei
tradizionali sentono la necessità di fornire agli studenti qualche mezzo in più per
comprendere ciò che attualmente si sa sulla struttura della materia e ciò su cui oggi si
sta studiando. Del resto, in tutti i programmi sperimentali stilati recentemente, alla
fisica della materia viene dato un peso decisamente rilevante.
Nei programmi di fisica per i licei aderenti al Piano nazionale dell'Informatica si
trovano i seguenti contenuti, il cui studio è consigliato per il quinto anno:
"Struttura della materia:
[...]
nucleo atomico e radioattività naturale
reazioni nucleari (in particolare fissione e fusione)
tipi di interazione
le particelle "elementari" (invarianze, simmetire)"
Nei programmi Brocca, similmente, sono richiesti, sempre per il quinto anno:
"Quanti, materia, radiazioni
[...]
il nucleo atomico
la radioattività
interazioni fra particelle e materia
radiazioni ionizzanti
reazioni nucleari
le particelle elementari"
Il problema che mi sono posta, come credo succeda a tanti colleghi che
insegnano in licei tradizionali, è stato quello di trovare il modo di fornire alcune
notizie su questo ramo della fisica, relativamente ai suoi contenuti, ma soprattutto al
suo significato e ai suoi peculiari metodi di indagine, anche pensando di essere in una
scuola non sperimentale, avendo quindi a disposizione un numero limitato di ore e un
bagaglio di prerequisiti "classico".
In quest'ottica, ciò che ritengo fondamentale non è tanto che gli studenti finiscano la
scuola superiore conoscendo a memoria il Modello Standard, con tutte le sue particelle
(più o meno strane...), ciascuna con i suoi numeri quantici (più o meno affascinanti...).
Anche perché tale modello non è comunque l'ultima parola che è stata detta sulla fisica
delle particelle. Ciò che mi preoccuperebbe, piuttosto, sarebbe che i ragazzi escano dal
liceo consci che:
- l'indagine scientifica ha dei procedimenti non così banali come spesso si vorrebbe
poter schematizzare, che si articolano in un continuo rapporto tra costruzione teorica ed
attività sperimentale;
- anche su argomenti scientifici che a scuola non si affrontano sistematicamente è
possibile impostare un approfondimento, una riflessione individuale e uno studio
personale, sfruttando i numerosi mezzi di diffusione delle informazioni oggi a nostra
disposizione;
- le conoscenze scientifiche sono in continua evoluzione, così come i mezzi che la
scienza usa per svolgere le proprie indagini.
Tenuto conto di questi obiettivi e dei tempi a disposizione credo che si potrebbe avvicinare la classe alla fisica delle particelle in due modi complementari:
presentazione "storica" delle varie particelle via via scoperte e dei numeri quantici di volta in volta introdotti per descriverne le caratteristiche; per tale fase prevederei 3 ore di lezione, in cui l'insegnante introduca le particelle non tutte in una volta (come accade su molti libri di testo in cui abbondano dall'inizio tabelle su tabelle), bensì illustrando (almeno per alcune di esse) come si è giunti alla loro individuazione e che cosa dicono i "numeri" ad esse attribuiti (non è banale far capire ai ragazzi che non si tratta nè di quantità nè di misure, bensì di numeri introdotti per semplificare l'enunciazione delle regole per cui certe reazioni avvengono e certe altre no);
approccio personale dei ragazzi a materiale proposto dall'insegnante che presenti alcune delle ricerche tutt'ora in corso relativamente alla fisica delle particelle e i mezzi utilizzati per tali ricerche.
Ciò che di seguito ho preparato altro non è che la traduzione (spero non del tutto scorretta...!) del sito del CERN dedicato ad una presentazione didattica della struttura atomica della materia e delle ricerche che nei loro laboratori si svolgono relativamente a questo campo. Si potrebbe utilizzare la prima parte in classe come introduzione all'argomento svolta dell'insegnante; in seguito allo sviluppo, sempre da parte dell'insegnante, della presentazione "storica" di cui si diceva prima, ai ragazzi verrà proposto l'accesso alle restanti pagine web; essi avranno a disposizione circa 2 ore nel laboratorio della scuola per visitarle autonomamente, soffermandosi ciascuno sugli aspetti di maggior interesse. Ovviamente, oltre alle pagine tradotte, verrà data ai ragazzi anche la possibilità di visitare le pagine originali e quelle ad esse collegate. Come verifica del lavoro svolto dai ragazzi, l'insegnante richiederà una paginetta di relazione su uno a scelta degli argomenti presenti sul sito (con eventuali altri approfondimenti).